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1、朱永强朱永强风电场电气工程风电场电气工程华北电力大学华北电力大学风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 第第4 4章章 风电机组的输出特性与运行控制风电机组的输出特性与运行控制l章节设置章节设置4.1 4.1 风电机组运行原理风电机组运行原理4.2 4.2 笼型感应风电机组的运行特性与控制笼型感应风电机组的运行特性与控制4.3 4.3 双馈感应风电机组的运行特性与控制双馈感应风电机组的运行特性与控制4.4 4.4 直驱式永磁同步风电机组的运行特性直驱式永磁同步风电机组的运行特性风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统
2、 第第4 4章章 风电机组的输出特性与运行控制风电机组的输出特性与运行控制教学目标：教学目标：理解风力机的运行特性与发电机的基本运行原理，以及风电理解风力机的运行特性与发电机的基本运行原理，以及风电机组并网换流器的电路结构和工作原理，掌握鼠笼型感应风机组并网换流器的电路结构和工作原理，掌握鼠笼型感应风电机组、双馈感应式风电机组和直驱式永磁同步风电机组的电机组、双馈感应式风电机组和直驱式永磁同步风电机组的输出特性和控制原理，了解三种风电机组的基本运行操作。输出特性和控制原理，了解三种风电机组的基本运行操作。风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系
3、统 第第4 4章章 风电机组的输出特性与运行控制风电机组的输出特性与运行控制知识点知识点风力机的运行特性；风力机的运行特性； 三种发电机的运行原理；三种发电机的运行原理； 鼠笼型感应风电机组的输出特性与控制原理；鼠笼型感应风电机组的输出特性与控制原理； 双馈感应式风电机组的输出特性与控制原理；双馈感应式风电机组的输出特性与控制原理； 直驱式永磁同步风电机组的运行特性与控制原理；直驱式永磁同步风电机组的运行特性与控制原理； 三种风电机组的运行操作。三种风电机组的运行操作。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.1 4.1 风电机组运行原
4、理风电机组运行原理4.1.1 4.1.1 风力机的运行特性风力机的运行特性 4.1.2 4.1.2 发电机的运行原理发电机的运行原理4.1.3 4.1.3 并网换流器的结构和原理并网换流器的结构和原理风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.1.1 4.1.1 风力机的运行特性风力机的运行特性风力机的机械功率可用下式表达：风力机的机械功率可用下式表达：C Cp p为为风能利用系数风能利用系数，是可以控制的是可以控制的 。根据。根据BetzBetz理论，风力理论，风力机机C Cp p的理论最大值是的理论最大值是0.590.59，实际值通常在
5、，实际值通常在0.470.47左右。左右。叶尖速比叶尖速比，常用常用 表示为：表示为： 风能利用系数风能利用系数C Cp p与与叶尖速比叶尖速比 的关系大致如下图所示：的关系大致如下图所示：为了使为了使C Cp p维持最大值维持最大值，当风速变化时，风力机转速也需要随，当风速变化时，风力机转速也需要随之变化，使之运行于之变化，使之运行于最佳叶尖速最佳叶尖速。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.1.1 4.1.1 风力机的运行特性风力机的运行特性不同风速下（风速不同风速下（风速v 1 v 2 v 3 v 4 v 5 v6）风力机）风
6、力机的的输出功率特性输出功率特性，如下图：，如下图： 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.1.2 4.1.2 发电机的运行原理发电机的运行原理1.1.同步发电机同步发电机同步发电机的工作原理示意图：同步发电机的工作原理示意图：从而在定子绕组中产生从而在定子绕组中产生感应电动势感应电动势。若定子绕组接有外部闭。若定子绕组接有外部闭合回路，就会有电流从定子绕组流入外电路，或者说有功率合回路，就会有电流从定子绕组流入外电路，或者说有功率送到外电路。送到外电路。同步发电机的转子绕组同步发电机的转子绕组中要通入中要通入直流励磁电流直流励磁电流
7、，形成相对于转子静止的形成相对于转子静止的恒定磁场恒定磁场。当转子在风。当转子在风力机的驱动下以转速力机的驱动下以转速n旋旋转时，转子磁场将随着转时，转子磁场将随着转子一起以转速转子一起以转速n旋转旋转。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 1.1.同步发电机同步发电机定子旋转磁场的转速定子旋转磁场的转速n1n1由定子绕组中流过的交流电流的频率由定子绕组中流过的交流电流的频率f f1 1决定，还与定子铁心的磁极对数决定，还与定子铁心的磁极对数p p有关，其关系为有关，其关系为同步发电机的定子电流主要是感应出来的，事实上，定子电同步发电机
8、的定子电流主要是感应出来的，事实上，定子电流的频率反过来是由转子的转速（在同步机中，转子转速流的频率反过来是由转子的转速（在同步机中，转子转速n n等于同步速等于同步速n n1 1）决定的，即）决定的，即 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备2.2.异步发电机异步发电机异步发电机的工作原理下图所示：异步发电机的工作原理下图所示：异步机的定子绕组与外电路相连，当绕异步机的定子绕组与外电路相连，当绕组中流过对称的三相电流时，就会形成组中流过对称的三相电流时，就会形成同步旋转磁场同步旋转磁场。仍假设定子旋转磁场的。仍假设定子旋转磁场的转速为转
9、速为n1，当异步机的转子在风力机，当异步机的转子在风力机的驱动下，以转速的驱动下，以转速n旋转时，转子绕组旋转时，转子绕组的导体与定子旋转磁场之间有的导体与定子旋转磁场之间有n-n1的的转转速差速差。该转速差造成转子绕组与定子磁。该转速差造成转子绕组与定子磁场之间相对运动，因而会在转子绕组中场之间相对运动，因而会在转子绕组中感应出电动势感应出电动势，同时在闭合的转子绕组，同时在闭合的转子绕组回路中产生电流。回路中产生电流。风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备2.2.异步发电机异步发电机异步电机转子中感应电流的频率应为异步电机转子中感应电
10、流的频率应为 转子磁场相对于定子绕组的转速为转子磁场相对于定子绕组的转速为转子磁场相对于定子绕组的转速为转子磁场相对于定子绕组的转速为定子绕组中电流的频率定子绕组中电流的频率f1f1 为为转差率的定义为转差率的定义为 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备3.3.交流励磁式发电机交流励磁式发电机交流励磁式发电机，是在交流励磁式发电机，是在转子绕组转子绕组中通入中通入低频交流励磁电流低频交流励磁电流。 励磁电流是外部提供的，因而可以进行准确控制，从而影响励磁电流是外部提供的，因而可以进行准确控制，从而影响到发电机中的相对运动速度。到发电机中
11、的相对运动速度。当转子以转速当转子以转速n n旋转时，如果能够控制转子绕组励磁电流的、旋转时，如果能够控制转子绕组励磁电流的、频率频率f f2 2，使得转子磁场相对于转子本身的转速，使得转子磁场相对于转子本身的转速n n2 2（可以与转（可以与转子旋转方向相同或相反）始终满足子旋转方向相同或相反）始终满足则可以在发电机转速则可以在发电机转速n n发生变化的情况下，仍能保持发生变化的情况下，仍能保持定子输定子输出电压频率恒定。出电压频率恒定。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.1.3 4.1.3 并网换流器的结构和原理并网换流器的结
12、构和原理目前，应用于风力发电中的电力电子换流器主要是基于全控目前，应用于风力发电中的电力电子换流器主要是基于全控型电力电子器件的交型电力电子器件的交- -直直- -交（交（AC-DC-ACAC-DC-AC）电压源型变流器电压源型变流器（Voltage Source Converter,Voltage Source Converter,VSCVSC）。）。4.1.3.1 4.1.3.1 三相电压源型变流器的基本工作原理三相电压源型变流器的基本工作原理三相电压源型变流器（三相电压源型变流器（VSCVSC）的原理结构如下图：的原理结构如下图：风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统
13、风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.1.3.1 4.1.3.1 三相电压源型变流器的基本工作原理三相电压源型变流器的基本工作原理以以A A相输出控制为例，分析电压源型变流器的工作原理：当相输出控制为例，分析电压源型变流器的工作原理：当可关断器件可关断器件VT1VT1开通、开通、VT2VT2处于关断状态处于关断状态时，正向直流端和交时，正向直流端和交流侧流侧A A相连，相对于直流侧电源假想中点的交流输出电压跳相连，相对于直流侧电源假想中点的交流输出电压跳变为变为U Udc/2dc/2。当可关断器件。当可关断器件VT1VT1关断、关断、VT2VT2开通开通时，负向直流时，负向直流端和交流侧端和
14、交流侧A A相连，相对于直流侧电源假想中点的交流输出相连，相对于直流侧电源假想中点的交流输出电压跳变为电压跳变为- -U Udc/2dc/2。具体波形见下图：具体波形见下图：表达式为：表达式为： 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.1.3.2 4.1.3.2 背靠背四象限电压源型变流器联网运行特性背靠背四象限电压源型变流器联网运行特性背靠背电压源型变流器是由两个结构相同的电压源型变流器背靠背电压源型变流器是由两个结构相同的电压源型变流器以以背靠背背靠背方式、通过中间的直流环节耦合而成。如下图：方式、通过中间的直流环节耦合而成。如下图
15、： VSC1 VSC1、VSC2VSC2分别通过断路器与交流电网相联，相关接线如分别通过断路器与交流电网相联，相关接线如下：下： 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.2 4.2 笼型感应风电机组的运行特性与控制笼型感应风电机组的运行特性与控制4.2.1 4.2.1 笼型感应风电机组的运行原理笼型感应风电机组的运行原理 4.2.2 4.2.2 笼型感应风电机组的风速笼型感应风电机组的风速- -功率特性功率特性4.2.3 4.2.3 笼型感应风电机组的运行控制笼型感应风电机组的运行控制风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气
16、工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.2 4.2 笼型感应风电机组的运行特性与控制笼型感应风电机组的运行特性与控制4.2.1 4.2.1 笼型感应风电机组的运行原理笼型感应风电机组的运行原理笼型感应电机等效电路图笼型感应电机等效电路图 ：上图：上图：笼型感应笼型感应电机电机T型等效电路型等效电路 下图：下图： 笼型感应笼型感应电机电机 型等效电路型等效电路 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.2.1 4.2.1 笼型感应风电机组的运行原理笼型感应风电机组的运行原理根据根据 型等效电路图型等效电路图 ，可得：，可得：发电机发出
17、的有功功率发电机发出的有功功率P Ps s：其中：其中：发电机组发出的无功功率为发电机组发出的无功功率为笼型感应电机运行于发电状态时，笼型感应电机运行于发电状态时，s s00m0。运行于电动状态（运行于电动状态（s s00），还是发电状态（），还是发电状态（s s00），笼型电机），笼型电机发出的无功功率都小于零，即需要外部电源提供无功。发出的无功功率都小于零，即需要外部电源提供无功。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.2.2 4.2.2 笼型感应风电机组的风速笼型感应风电机组的风速- -功率特性功率特性下图为金风公司下图为金风公
18、司750kW750kW笼型感应恒速恒频风电机组的风速笼型感应恒速恒频风电机组的风速- -功率曲线，切入风速为功率曲线，切入风速为4m/s4m/s，额定风速为，额定风速为15m/s15m/s，切出风速，切出风速为为25m/s25m/s。 1.风速高于切入风速时，随着风速风速高于切入风速时，随着风速的逐渐增大，风电机组输出功率的逐渐增大，风电机组输出功率也随之增大，直到风速达到额定也随之增大，直到风速达到额定风速时，风电机组输出功率也达风速时，风电机组输出功率也达到额定值；到额定值；2.当注入风速进一步增加、超过额当注入风速进一步增加、超过额定风速时，定桨距风力机叶片的气定风速时，定桨距风力机叶片
19、的气动特性开始发生变化而失速，导致动特性开始发生变化而失速，导致风轮的风能捕获效率降低，限制叶风轮的风能捕获效率降低，限制叶片吸收过大的风能，风力机所捕获片吸收过大的风能，风力机所捕获的风功率维持在额定值附近，达到的风功率维持在额定值附近，达到限制功率的目的，从而使发电机组限制功率的目的，从而使发电机组的输出功率也维持在额定值附近。的输出功率也维持在额定值附近。风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.2.2 4.2.2 笼型感应风电机组的风速笼型感应风电机组的风速- -功率特性功率特性下图为笼型感应发电机的有功下图为笼型感应发电机的有功
20、- -无功曲线：无功曲线：随着风电机组出力的增加，随着风电机组出力的增加，发电机组从电网吸收的无发电机组从电网吸收的无功功率也随之增加。功功率也随之增加。故通常需要在发电机定子侧安故通常需要在发电机定子侧安装一定容量的电容器以进行无装一定容量的电容器以进行无功功率补偿，改善风电机组的功功率补偿，改善风电机组的联网运行性能。联网运行性能。因此，多台笼型风电机组联网因此，多台笼型风电机组联网运行需要从电网吸收大量的无运行需要从电网吸收大量的无功功率，而容易导致风电机组功功率，而容易导致风电机组接入点电压下降。接入点电压下降。风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设
21、备风电场主要一次设备4.2.3 4.2.3 笼型感应风电机组的运行控制笼型感应风电机组的运行控制笼型感应风电机组的运行控制主要包括笼型感应风电机组的运行控制主要包括机组起动控制、待机机组起动控制、待机检测并网控制、发电时的电容器投切控制、定桨距失速控制检测并网控制、发电时的电容器投切控制、定桨距失速控制和停机控制。和停机控制。1.1.机组起动控制机组起动控制（1 1）电动机起动）电动机起动 风力发电机组在静止状态时，先把发电风力发电机组在静止状态时，先把发电机用作电动机，将机组起动到额定转速机用作电动机，将机组起动到额定转速。 （2 2）风力机自起动）风力机自起动 风力机自起动是指风力发电机组
22、在风速风力机自起动是指风力发电机组在风速超过切入风速时，由风力机将机组起动到某一设定转速（额超过切入风速时，由风力机将机组起动到某一设定转速（额定转速附近）。定转速附近）。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.2.3 4.2.3 笼型感应风电机组的运行控制笼型感应风电机组的运行控制2.2.待机检测并网控制待机检测并网控制笼型感应风力发电系统中的并网方法主要有以下三种。笼型感应风力发电系统中的并网方法主要有以下三种。 （1 1）直接并网）直接并网 在并网时在并网时发电机的相序发电机的相序与与电网的相序电网的相序相同，相同，当风力驱动的
23、笼型感应发电机转速接近同步转速时即可当风力驱动的笼型感应发电机转速接近同步转速时即可自动自动并入电网并入电网。（2 2）降压并网）降压并网 在异步电机与电网之间串接电阻或电抗器或在异步电机与电网之间串接电阻或电抗器或者接入自耦变压器，以达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅值者接入自耦变压器，以达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。及电网电压下降的幅度。（3 3）通过晶闸管软并网）通过晶闸管软并网 在异步发电机定子与电网之间，通在异步发电机定子与电网之间，通过基于双向晶闸管的软启动器并网。过基于双向晶闸管的软启动器并网。风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主
24、要一次设备风电场主要一次设备4.2.3 4.2.3 笼型感应风电机组的运行控制笼型感应风电机组的运行控制3.3.电容器投切控制电容器投切控制通常在笼型感应发电机端口安装一定容量的电容器（机组额通常在笼型感应发电机端口安装一定容量的电容器（机组额定容量的定容量的20%20%，以减小发电机组对电网无功功率的需求以减小发电机组对电网无功功率的需求。4.4.定桨距失速控制定桨距失速控制当风速变化并且超过额定速度时，风力机叶片失速，效率降当风速变化并且超过额定速度时，风力机叶片失速，效率降低，限制叶片吸收过大的风能，风力机所捕获风功率维持恒低，限制叶片吸收过大的风能，风力机所捕获风功率维持恒定，即定，即
25、定桨距失速定桨距失速。5.5.停机控制停机控制当检测到风速持续超过切出速度时，为了保证风电机组的运当检测到风速持续超过切出速度时，为了保证风电机组的运行安全，行安全，风力机制动，风力机停止旋转风力机制动，风力机停止旋转；同时，发电机组；同时，发电机组并并网开关断开网开关断开，机组，机组退出电网运行退出电网运行。风电机组的输出特性与运行控制风电场电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.3 4.3 双馈感应风电机组的运行特性与控制双馈感应风电机组的运行特性与控制4.3.1 4.3.1 双馈感应风电机组的功率传输特性双馈感应风电机组的功率传输特性 4.3.2 4.3.2 双馈
26、感应风电机组的运行控制原理双馈感应风电机组的运行控制原理4.3.3 4.3.3 双馈感应异步风电机组的运行操作双馈感应异步风电机组的运行操作4.3.4 4.3.4 双馈感应异步风电机组的撬杠保护双馈感应异步风电机组的撬杠保护*（选修）（选修）风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.3.1 4.3.1 双馈感应风电机组的功率传输特性双馈感应风电机组的功率传输特性双馈感应风电系统的原理图如下：双馈感应风电系统的原理图如下： 双馈感应式发电机是交双馈感应式发电机是交流励磁式发电机。流励磁式发电机。 背靠背四象限变流器，背靠背四象限变流器，用于
27、为转子绕组提供频用于为转子绕组提供频率可调的交流励磁电流。率可调的交流励磁电流。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.3.1 4.3.1 双馈感应风电机组的功率传输特性双馈感应风电机组的功率传输特性忽略电机定转子绕组铜耗时，双馈感应发电机的功率具有忽略电机定转子绕组铜耗时，双馈感应发电机的功率具有如下关系如下关系（1 1）亚同步发电状态）亚同步发电状态(0(0s s1) 0em0，由双馈发，由双馈发电机定子绕组馈入电网。电机定子绕组馈入电网。转差功率转差功率P Ps0s0，双馈发电机转，双馈发电机转子需要馈入能量，由电网通过子需要馈
28、入能量，由电网通过“背靠背背靠背”四象限变流器四象限变流器提供给双馈发电机转子绕组，双馈发电机实际发电功率提供给双馈发电机转子绕组，双馈发电机实际发电功率为为(1-(1-s s) )P Pemem。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.3.1 4.3.1 双馈感应风电机组的功率传输特性双馈感应风电机组的功率传输特性（2 2）超同步发电状态）超同步发电状态( (s s0) 0em0，由电机定子绕，由电机定子绕组馈入电网；组馈入电网；转差功率转差功率P Ps0s0，由转子绕组经变流器将其馈，由转子绕组经变流器将其馈入电网，电机实际发电功
29、率为入电网，电机实际发电功率为(1+|(1+|s s|)|)P Pemem，即除定子向电，即除定子向电网馈送电能外，转子也经过背靠背四象限变流器向电网馈网馈送电能外，转子也经过背靠背四象限变流器向电网馈送一部分电能。送一部分电能。（3 3）同步发电状态（）同步发电状态（s s=0=0）此时）此时P Pem=em=P Pmecmec，机械能全部转化，机械能全部转化为电能并通过定子绕组馈入电网，转子绕组仅提供较小容为电能并通过定子绕组馈入电网，转子绕组仅提供较小容量的直流励磁功率。量的直流励磁功率。风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.3
30、.2 4.3.2 双馈感应风电机组的运行控制原理双馈感应风电机组的运行控制原理如果风力机的运行控制策略是在不同的风速下追求最大输出如果风力机的运行控制策略是在不同的风速下追求最大输出功率（功率（Popt），由于转速），由于转速 r r与风速成比例，则功率就随着与风速成比例，则功率就随着 3和和 r3增加，转矩随着增加，转矩随着 2和和 r2增加。增加。用于控制策略的发电机转矩用于控制策略的发电机转矩- -转速特性曲线，如下图所示。转速特性曲线，如下图所示。 AB点之间，风电机组运行在点之间，风电机组运行在几乎恒定的转速下几乎恒定的转速下 BC在最大功率跟踪阶段，在最大功率跟踪阶段，转矩转矩-转
31、速特性曲线符合公转速特性曲线符合公式式Topt=Kopt r2。DE段断段断风速继续增加，风风速继续增加，风力机转矩超过其额定值，力机转矩超过其额定值，此时电磁转矩恒定。此时电磁转矩恒定。 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.3.3 4.3.3 双馈感应异步风电机组的运行操作双馈感应异步风电机组的运行操作当风速超过切入风速时，并持续一段时间之后，控制系统发当风速超过切入风速时，并持续一段时间之后，控制系统发出机组起动命令。机组开始起动时，风力机桨距角不调节，出机组起动命令。机组开始起动时，风力机桨距角不调节，风力机叶片处于最有利于风
32、能捕获方向位置。风力机叶片处于最有利于风能捕获方向位置。背靠背四象限变流器控制系统将完成以下控制任务：背靠背四象限变流器控制系统将完成以下控制任务：（1 1）“背靠背背靠背”四象限变流器的并网过程操作四象限变流器的并网过程操作 （2 2）双馈感应发电机的并网操作）双馈感应发电机的并网操作 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.3.4 4.3.4 双馈感应异步风电机组的撬杠保护双馈感应异步风电机组的撬杠保护*（选修）（选修）为防止过压或过流对转子侧变流器所造成的危害，通常在转为防止过压或过流对转子侧变流器所造成的危害，通常在转子侧安装撬
33、杠（子侧安装撬杠（CrowbarCrowbar）保护电路对变流器进行保护。）保护电路对变流器进行保护。CrowbarCrowbar的基本原理为：当检测到转子绕组电流超过所整定的基本原理为：当检测到转子绕组电流超过所整定阈值时，阈值时，CrowbarCrowbar保护动作，将短接双馈感应发电机的转子保护动作，将短接双馈感应发电机的转子绕组，切除转子侧变流器，达到绕组，切除转子侧变流器，达到保护转子变流器保护转子变流器的目的的目的。1.1.被动式被动式CrowbarCrowbar保护电路保护电路 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.3.
34、4 4.3.4 双馈感应异步风电机组的撬杠保护双馈感应异步风电机组的撬杠保护*（选修）（选修）2.2.主动式主动式CrowbarCrowbar保护电路保护电路主动式主动式Crowbar保护和被动式保护和被动式Crowbar保护的基本保护原理相保护的基本保护原理相同。两者的同。两者的不同点不同点之处在于：被动式之处在于：被动式Crowbar保护电路主要采保护电路主要采用不可控电力电子元件作为投切控制开关，不能按电网要求在用不可控电力电子元件作为投切控制开关，不能按电网要求在任何需要的时候马上恢复转子侧变流的正常工作。任何需要的时候马上恢复转子侧变流的正常工作。 风电机组的输出特性与运行控制风电场
35、电气工程风电场电气工程风电场电气一次系统风电场电气一次系统 4.4 4.4 直驱式永磁同步风电机组的运行特性直驱式永磁同步风电机组的运行特性 4.4.1 4.4.1 永磁同步发电机的外特性永磁同步发电机的外特性4.4.2 4.4.2 直驱式永磁同步风电机组的运行控制原理直驱式永磁同步风电机组的运行控制原理4.4.3 4.4.3 直驱式永磁同步风电机组的运行操作直驱式永磁同步风电机组的运行操作风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.4.1 4.4.1 永磁同步发电机的外特性永磁同步发电机的外特性永磁同步发电机的稳态等效电路图永磁同步发电机
36、的稳态等效电路图 永磁同步发电机定子永磁同步发电机定子绕组的电压可以表示绕组的电压可以表示为为当电机负载运行时，由于永磁同步发电机励磁不可当电机负载运行时，由于永磁同步发电机励磁不可调，故定子电枢绕组电流所产生的磁动势将影响气调，故定子电枢绕组电流所产生的磁动势将影响气隙磁场的分布和大小，使得机端电压将随负载变化隙磁场的分布和大小，使得机端电压将随负载变化而变化。而变化。固有固有电压调整率电压调整率来描述负载对发电机端电压的影来描述负载对发电机端电压的影响：响： 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.4.2 4.4.2 直驱式永磁同步
37、风电机组的运行控制原理直驱式永磁同步风电机组的运行控制原理直驱式永磁同步风电机组的运行控制，主要包括风力机桨距直驱式永磁同步风电机组的运行控制，主要包括风力机桨距角控制、永磁同步发电机组发电控制和接口变流器联网运行角控制、永磁同步发电机组发电控制和接口变流器联网运行控制。控制。采用背靠背四象限变流器的永磁同步风电机组网接线采用背靠背四象限变流器的永磁同步风电机组网接线如下：如下： 风电机组的输出特性与运行控制风电场电气系统风电场电气系统 风电场主要一次设备风电场主要一次设备4.4.3 4.4.3 直驱式永磁同步风电机组的运行操作直驱式永磁同步风电机组的运行操作1.1.启动与并网启动与并网 （1 1）网侧变流器的充电及软并网控制）网侧变流器的充电及软并网控制 （2 2）发电机侧变压器的软并机控制）发电机侧变压器的软并机控制2.2.并网运行并网运行3.3.停机停机 分为分为正常停机、快速停机和紧急停机正常停机、快速停机和紧急停机，风机根据不同的情，风机根据不同的情况选择不同的停机方式。况选择不同的停机方式。 以下情况发生时，风电机组将进入停机状态：以下情况发生时，风电机组将进入停机状态： 1 1）风速高于切出风速或低于切入风速。）风速高于切出风速或低于切入风速。 2 2）风电机组发生故障。）风电机组发生故障。 3 3）运行人员手动停机。）运行人员手动停机。风电机组的输出特性与运行控制
